CN101640430A - 车用动力电池动态均衡装置 - Google Patents

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Abstract

车用动力电池动态均衡装置，属于电动汽车或混合动力汽车动力电池技术领域。包括DCDC变换器(102)和多路机电开关(101)；DCDC变换器(102)两侧分别连接电池箱体(103)的输出极柱和多路机电开关(101)的公共端(210)。多路机电开关包括步进电机、衔铁、线圈、触点等。根据测量的电池电压对最高电压的单体电池用多路机电开关将该单体电池接入双向DCDC变换器，对电池组进行充电；对最低电压的单体电池，用多路机电开关将该单体电池接入双向DCDC变换器，利用电池组对最低电压的单体电池进行充电。本发明能够实现动力电池的动态均衡，降低电路设计复杂程度，减小体积；是一种低成本车用动力电池动态均衡装置。

Description

车用动力电池动态均衡装置
技术领域
本发明涉及一种车用动力电池动态均衡装置及车用动力电池的均衡方法，尤其涉及一种车用动力电池管理系统中的在线动态均衡装置及方法，属于电动汽车或混合动力汽车动力电池技术领域。
背景技术
在电动汽车或混合动力汽车动力电池中，实践表明单体电池寿命远长于电池组，这是由于串联电池组的使用处于不均衡状态，而蓄电池的不均衡状态会随着充放电循环不断加剧，受损最严重的电池单体寿命减损引起所在的电池组寿命减损，从而减损整个电池系统的寿命。虽然电池组由同样规格的单体电池组成，但由于单体电池制造的工艺和使用过程中电池组内部环境的不均匀性等原因，随着使用时间的增加，单体电池之间的性能差异将逐渐拉大，若不采取措施将造成某些单体电池过充过放。而过充和过放不仅影响电池寿命，对于电池容量也是一个威胁，实际上一组蓄电池中的实际放出的容量是由实际容量最小的那块单体电池所决定的。因此采取均衡技术来补偿电池性能的差异从而提高使用寿命和保持电池容量是非常必要的。
目前已经有许多对BMS均衡技术的研究工作，都取得了一定的成果，但同时也存在很大的问题，主要原因是由于均衡电池单体的数量众多，现行的均衡电路难以实现集成，而主要采用分布式的均衡方式，即为每个电池单体设置均衡电路，这增加了电路设计的复杂程度，增大了电路的体积并使成本提高，难以实现产品化。
一种方法是为每个电池单体设置继电器从而在部分意义上实现均衡电路的集成化，降低了电路设计的复杂性，但由于使用继电器数量和电池单体数量相同，其体积和成本仍然是不易为人接受的。
发明内容
本发明的目的在于设计一种车用动力电池动态均衡装置在动力电池中在线动态均衡的实现，通过对均衡装置的集成，降低电路设计复杂程度，减小体积和成本，成为一种低成本车用动力电池动态均衡装置。
为实现上述发明目的，本发明通过如下的技术方案实现。
每个电池箱体配置一套本发明装置。
车用动力电池动态均衡装置，包括双向DCDC变换器模块102和多路机电开关模块101。双向DCDC变换器102两侧分别连接电池箱体103的输出极柱和多路机电开关101的公共端210。
双向DCDC变换器模块102是由一个高频变压器301和低边场效应管304(305)及其驱动电路构成的反励式DCDC变换器，同时还集成有副边的电流反馈307进行大电流保护。控制高频变压器主边或副边的场效应管304(305)的导通可以实现双向DCDC变换，控制其占空比则可实现DCDC输入输出的电压比。
多路机电开关模块包括步进电机201、丝杠204、导轨211、衔铁208、线圈209、触点205(206)以及连轴器202、轴承203、滑块207、公共端210、弹簧等。步进电机201通过连轴器202驱动丝杠204，由导轨211控制丝杠204上滑块207的旋转自由度使滑块207实现沿导轨211的平移，衔铁208、线圈209安装于滑块207上。触点分静触点205和动触点206，两个动触点206接于衔铁208上，当衔铁208动作时，两个动触点206可与两个相邻的静触点205接合，动触点206与公共端210相连，静触点205连接每个电池单体的极柱，其个数为电池单体数加1，且沿导轨211的方向均布。当滑块207移动至目标位置时，线圈209导通，吸合衔铁208动作，当滑块207移动时线圈209不导通，衔铁208由弹簧复位。
在电池组的动态均衡中，根据所测得最高电压的单体电池，用多路机电开关101将该单体电池接入双向DCDC变换器102对电池组进行充电，或者利用电池组对最低电压的单体电池进行充电，从而实现电池间的均衡。
本发明的有益效果是，通过完成对均衡装置的集成，降低电路设计复杂程度，减小体积和成本，是一种低成本的车用动力电池动态均衡装置。
附图说明
图1是本发明在实施例中的系统图。
图2是本发明在实施例中多路机电开关的原理图。
图3是本发明在实施例中双向DCDC变换器的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明
图1中电池箱体103配备了一套本装置，如图1中的虚线框所示，该装置包括双向DCDC变换器模块102和多路机电开关模块101。双向DCDC变换器102两侧分别连接电池箱体的输出极柱105和多路机电开关的公共端210。
图2所示为图1中的多路机电开关模块101，它的结构及工作过程如下：
步进电机201通过连轴器202驱动安装在轴承203上的丝杠204，由两根导轨211控制丝杠上滑块207的旋转自由度使滑块207实现沿导轨211的平移，衔铁208、线圈209安装于滑块207上，当滑块207移动至目标位置时，线圈209导通，吸合衔铁208动作，当滑块207移动时线圈209不导通，衔铁208由弹簧(图中未画出)复位。触点分静触点205和动触点206，静触点205连接每个电池单体104的极柱，其个数为电池单体数加1，且沿导轨211的方向均布，两个动触点206接于衔铁208上，当衔铁208动作时，两个动触点206可与两个相邻的静触点205接合，动触点206则与公共端210相连，此时与两个相邻的静触点接通的电池极柱两端被接入公共端210进行均衡。
图3所示为图1中的双向DCDC变换器102，由一个高频变压器301和低边场效应管304、305构成。高频变压器主边302与电池箱体的输出极柱105相连，副边303与多路机电开关的公共端210相连。当主边的场效应管304给以PWM控制信号308，副边的场效应管305的控制信号309使场效应管305截止时，可以实现单端反励的DCDC变换器拓扑结构，通过改变控制信号308的占空比则可实现DCDC输入输出的电压比变化，即可以完成电池组103向单体电池104的充电。同理，当副边的场效应管305给以PWM控制信号309，主边的场效应管304的控制信号308使场效应管304截止时，可以实现与前述反向的单端反励的DCDC变换器拓扑结构，通过改变控制信号309的占空比则可实现DCDC输入输出的电压比变化，即可以完成电池104向电池组103的充电。
由于副边303的电流远大于主边302的电流，因此只在副边设置过流保护电路以保护元件，通过采样电阻306的电压采集经处理电路307对电压处理后发送信号310给控制器，由控制器按控制逻辑对控制信号308、309进行控制，完成过流保护功能。
在电池组103的动态均衡中，根据所测得最高电压的单体电池104，用多路机电开关101将该单体电池104接入双向DCDC变换器102对电池组进行充电，或者利用电池组103对最低电压的单体电池104进行充电，从而实现电池间的均衡。

Claims (6)

1、车用动力电池动态均衡装置，其特征在于，该装置包括DCDC变换器(102)和多路机电开关(101)；
DCDC变换器(102)两侧分别连接电池箱体(103)的输出极柱和多路机电开关(101)的公共端(210)。
2、根据权利要求1所述的车用动力电池动态均衡装置，其特征在于，所述多路机电开关(101)包括步进电机(201)、丝杠(204)、导轨(211)、衔铁(208)、线圈(209)、触点以及连轴器(202)、轴承(203)、滑块(207)、公共端(210)、弹簧；
步进电机(201)通过连轴器(202)驱动安装在轴承(203)上的丝杠(204)，由导轨(211)控制丝杠(204)上滑块(207)的旋转自由度使滑块(207)实现沿导轨(211)的平移，衔铁(208)、线圈(209)安装于滑块(207)上；触点分静触点(205)和动触点(206)，动触点(206)接于衔铁(208)上，当衔铁(208)动作时，动触点(206)可与相邻的静触点(205)接合，动触点(206)与公共端(210)相连，静触点(205)连接每个电池单体的极柱，其个数为电池单体数加1，且沿导轨(211)的方向分布；当滑块(207)移动至目标位置时，线圈(209)导通，吸合衔铁(208)动作，当滑块(207)移动时线圈(209)不导通，衔铁(208)由弹簧复位。
3、根据权利要求1所述的车用动力电池动态均衡装置，其特征在于，所述DCDC变换器(102)是双向DCDC变换器。
4、根据权利要求3所述的车用动力电池动态均衡装置，其特征在于，所述双向DCDC变换器(102)是由一个高频变压器和低边场效应管及其驱动电路构成的反励式DCDC变换器。
5、根据权利要求4所述的车用动力电池动态均衡装置，其特征在于，所述双向DCDC变换器(102)还集成有副边的电流反馈(307)。
6、根据权利要求1所述车用动力电池动态均衡装置的动力电池动态均衡方法，其特征在于，该方法
根据测量的电池电压，对最高电压的单体电池用多路机电开关将该单体电池接入双向DCDC变换器，对电池组进行充电；
对最低电压的单体电池，用多路机电开关将该单体电池接入双向DCDC变换器，利用电池组对最低电压的单体电池进行充电。
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